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基于介尺度PBM模型的生物反应器放大模拟及实验研究

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对于通气搅拌式工业生物反应器的放大设计而言,精确预测气泡尺寸和体积传质系数非常重要,因此需要建立合适的气泡聚并和破碎模型,以保证反应器的高效操作.以5L通气搅拌式生物反应器为对象,以气泡尺寸和体积传质系数的实验数据为基准,模拟并考察了两种聚并模型和四种破碎模型对生物反应器内流体流动行为以及传质能力的影响.结果表明,基于介尺度理论的修正聚并模型与考虑黏流剪切的破碎模型组合,所得模拟结果与实验数据吻合最好,这为大型生物反应器的桨型优化提供了模型基础.因为工业化生物发酵通常是在大型生物反应器中进行,搅拌桨型对生物反应器效能至关重要,故本研究在选定最优气泡聚并破碎模型的基础上,通过叶轮末端剪切力相等的放大原则将5 L通气搅拌式工业生物反应器放大到400 m3,同时考察了六斜叶圆盘搅拌桨、非对称式抛物线搅拌桨、布鲁马金式搅拌桨以及六直叶圆盘搅拌桨等桨型组合对气泡破碎能力和气体分散效果的影响,并通过综合对比气含率、体积传质系数等参数,得到400 m3通气搅拌式生物反应器的最优桨型组合.
Bioreactor scale-up simulation and experimental study based on mesoscale PBM model

万景、张霖、樊亚超、刘勰民、骆培成、张锋、张志炳

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南京大学化学化工学院,江苏南京210023

中国石化大连石油化工研究院,辽宁大连116045

东南大学化学化工学院,江苏南京211189

生物反应器 计算流体力学 放大设计 聚并模型 破碎模型 优化设计

国家自然科学基金中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院合作项目

21776122418012-3

2022

10.11949/0438-1157.20220089

化工学报
中国化工学会 化学工业出版社

化工学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子：1.26
ISSN：0438-1157
年,卷(期)：2022.73(6)
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